• Nenhum resultado encontrado

10. КОЭФФИЦИЕНТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ, K d

10.3. Компиляция значений K d

10.3.1. Почвы и горные породы

Описательная статистика набора данных по Kd стронция для почв и пород представлена в табл. 10.6; полный набор данных приведен в табл. 10.7.

Он содержит 63 значения Kd стронция, располагающиеся от 1,6 мл г–1 для измерений, сделанных на песчаной почве с преобладанием кварца [52], до 10 200 мл г–1 для измерений, выполненных на туфовой почве, отобранной в Yucca Mountain, шт. Невада (США) [88]. Значения Kd сопровождаются параметрами среды: содержание глины, pH, ЕКО, площадь поверхности, концентрация растворенного кальция и концентрация растворенного стронция. Средняя величина Kd стронция составила 355 ± 184 мл г–1, ме- диана – 15,0 мл г–1 [69].

Т а б л и ц а 10.6 Описательная статистика набора данных по Kd стронция для почв

из табл. 10.7 [69]

Параметр Kd Sr, мл г–1

Содержание глины,

% вес

pH ЕКО,

мг-экв (100 г)–1

Площадь поверхности,

м2 г–1

[Ca], мг л–1

Среднее 355 7,1 6,8 4,97 1,4 56

Стандартная

ошибка 183 1,1 0,21 1,21 0 23

Медиана 15 5 6,7 0,9 1,4 0

Мода 21 5 6,2 2 1,4 0

Стандартное

отклонение 1 458 7,85 1,35 9,66 0,00 134

Эксцесс 34 10,7 –0,5 11,6 –3 3,4

Минимум 1,6 0,5 3,6 0,05 1,4 0

Максимум 10 200 42,4 9,2 54 1,4 400

Число наблю-

дений 63 48 42 63 7 32

Т а б л и ц а 10.7 Набор данных по Kd стронция для почв и пород [69]

Sr Kd,

мл г–1 Глина,

% pH ЕКО,

мг-экв (100 г)–1

УПП(1), м2 г–1

[Ca],

ppm [Sr] Фоновый

раствор Сорбент [Ссылка] Комментарий

21 0,8 5,2 0,9 1,4 0 * NaClO4

19 0,8 5,6 0,9 1,4 0 * NaClO4

22 0,8 6,2 0,9 1,4 0 * NaClO4

26 0,8 6,45 0,9 1,4 0 * NaClO4

24 0,8 6,6 0,9 1,4 0 * NaClO4

30 0,8 8,4 0,9 1,4 0 * NaClO4

43 0,8 9,2 0,9 1,4 0 * NaClO4

Почва А [66]

* = 85Sr 4,4  102 Бк мл–1 в растворе

SrCl2 2,4  10–8 моль л–1

21,4 5 5,5 0,47 7,4 ПВ(2)

25 5 5,5 0,83 7,4 ПВ

12,7 5 5,5 0,39 7,4 ПВ

7,9 5 5,5 0,46 7,4 ПВ

15,6 5 5,5 0,81 7,4 ПВ

9,4 5 5,5 0,21 7,4 ПВ

7,6 5 5,5 0,25 7,4 ПВ

6,4 5 5,5 0,24 7,4 ПВ

7,7 5 5,5 0,26 7,4 ПВ

28,1 5 5,5 0,76 7,4 ПВ

7,63 5 5,5 0,26 7,4 ПВ

11,4 5 5,5 0,41 7,4 ПВ

[70]

Песчаные породы водонос- ного горизонта Chalk River Nat'l Lab, Оттава, Канада.

Принято 5% глины как сред- нее содержание в песчаных породах.

pH тестового раствора 5,5.

ЕКО оценена по добавке обменных Ca, Mg, K.

ПВ – 7,4 ppm Ca; 1,7 Mg;

2,2 Na; 5,6 Cl; 18 SO4

Продолжение табл. 10.7

Sr Kd,

мл г–1 Глина,

% pH ЕКО,

мг-экв (100 г)–1

УПП(1), м2 г–1

[Ca],

ppm [Sr] Фоновый

раствор Сорбент [Ссылка] Комментарий

20,1 5 5,5 0,44 7,4 ПВ

13 5 5,5 0,25 7,4 ПВ

9,8 5 5,5 0,29 7,4 ПВ

11 5 5,5 0,22 7,4 ПВ

13 5 5,5 0,39 7,4 ПВ

7,8 5 5,5 0,2 7,4 ПВ

3,8 5 5,5 0,1 7,4 ПВ

3 5 5,5 0,1 7,4 ПВ

2,5 5 5,5 0,13 7,4 ПВ

[70]

Песчаные породы водонос- ного горизонта Chalk River Nat'l Lab, Оттава, Канада.

Принято 5% глины как сред- нее содержание в песчаных почвах.

pH тестового раствора 5,5.

ЕКО оценена по добавке обменных Ca, Mg, K.

ПВ – 7,4 ppm Ca; 1,7 Mg;

2,2 Na; 5,6 Cl; 18 SO4

4 10 4 5,5 0 110–8 моль л–1 NaCl

0,01 моль л–1

15 10 5 5,5 0 110–8 моль л–1 NaCl

0,01 моль л–1

21 10 6 5,5 0 110–8 моль л–1 NaCl

0,01 моль л–1

24 10 7,4 5,5 0 110–8 моль л–1 NaCl

0,01 моль л–1 Почва Puye–Na

3 10 3,6 5,5 400 110–8 моль л–1 CaCl

0,01 моль л–1 4,5 10 5,2 5,5 400 110–8 моль л–1 CaCl

0,01 моль л–1 Почва Puye–Ca

[48]

Неизвестковые почвы

Продолжение табл. 10.7

Sr Kd,

мл г–1 Глина,

% pH ЕКО,

мг-экв (100 г)–1

УПП(1), м2 г–1

[Ca],

ppm [Sr] Фоновый

раствор Сорбент [Ссылка] Комментарий 5,2 10 6,8 5,5 400 110–8 моль л–1 CaCl

0,01 моль л–1 5,7 10 7,9 5,5 400 110–8 моль л–1 CaCl

0,01 моль л–1 Почва Puye–Ca

[48]

Неизвестковые почвы

3,5 5,2 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

4,6 5,6 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

5,8 5,8 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

6,1 5,9 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

8,3 6 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

17 7,4 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

21 7,6 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

27 7,8 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

47 8,4 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

81 9,1 2 0 110–10 моль л–1 NaOH/HCl

Почва Hanford

[72]

Система карбоната

19,1 4 7,66 10,4 129 100 мкКи л–1 ПВ Hanford cgs-1

21,5 6 7,87 5,9 58,5 100 мкКи л–1 ПВ Hanford trench-8

23,2 5 8,17 4,57 35,1 100 мкКи л–1 ПВ Hanford tbs-1

[75]

Hanford, Richland, Washing- ton, поверхностные и под- поверхностные осадочные породы.

ПВ pH = 8,3

Окончание табл. 10.7

Sr Kd,

мл г–1 Глина,

% pH ЕКО,

мг-экв (100 г)–1

УПП(1), м2 г–1

[Ca],

ppm [Sr] Фоновый

раствор Сорбент [Ссылка] Комментарий

48,5 8,24 3 3,810–8 моль л–1 ПВ Yucca YM-22

10 200 8,17 54 3,810–8 моль л–1 ПВ Yucca YM-38

2 500 8,13 21 3,810–8 моль л–1 ПВ Yucca YM-48

3 790 8,24 27 3,810–8 моль л–1 ПВ Yucca YM-49

3 820 8,24 27 3,810–8 моль л–1 ПВ Yucca YM-50

[88]. Los Alamos, New Mex- ico, Yucca Mountain, туфовые породы.

Приближенный исходный pH, представлены конечные значения pH. Диапазон ко- нечного pH 8,1–8,5.

Фракции отложений 106–

500 мкм

1,6 0,5 6,2 0,05 1010–6 моль л–1 ПВ

2,6 3 6,2 0,3 1010–6 моль л–1 ПВ

3,4 5 6,2 0,5 1010–6 моль л–1 ПВ

4,6 8 6,2 0,8 1010–6 моль л–1 ПВ

6,7 13 6,2 1,3 1010–6 моль л–1 ПВ

Осадочные породы

[53]

К песку добавлен каолинит.

ЕКО оценена по каолиниту 10 мг-экв (100 г)–1

400 42,4 7,2 34 0 Вода Почва

Ringhold

[61]

Почва Richland, Washington

135 26,9 8,3 13,6 0 Вода Почва

Bowdoin

[61]

Почва Montana

600 33,5 6,5 26,3 0 Вода Почва Hall [61]. Почва Nebraska

70 3,5 8,3 5,8 0 Вода Составная

почва

[61]

Почва Hanford Site, Richland, Washington

(1) УПП – удельная площадь поверхности.

(2) ПВ – подземные воды.

Построена матрица коэффициентов корреляций величины Kd и пара- метров сорбента. Самый высокий коэффициент корреляции был с ЕКО (r = 0,84). Значимы коэффициенты корреляции Kd стронция с содержанием глины (r = 0,82), а также ЕКО с содержанием глины (r = 0,91) (табл. 10.8).

Данные по ЕКО и Kd стронция сопоставлены на рис. 10.2. Следует от- метить, что Kd представлен в логарифмическом масштабе, что улучшает визуализацию данных. Наблюдается большой разброс данных, особенно в более низком диапазоне ЕКО, где представлено много значений. Напри- мер, в узком диапазоне ЕКО 5,5–6,0 мг-экв (100 г)–1 показано 9 значений Kd стронция [48, 61, 75]. Они располагаются в диапазоне от 3 мл г–1 для поверхностного неизвесткового песчаного суглинка, отобранного в шт. Нью- Мексико [48], до 70 мл г–1 для поверхности карбонатной почвы, отобран- ной в шт. Вашингтон [61]. Таким образом, при одном и том же значении ЕКО можно ожидать изменчивости значений Kd стронция на порядок.

Другая важная проблема представленного набора данных заключа- ется в том, что 83% наблюдений относится к значениям ЕКО менее 15 мг-экв (100 г)–1. Несколько значений Kd, связанных с большей ЕКО, могли оказать непропорционально большое влияние на расчет уравнения регрессии. Поэтому оценки Kd стронция с использованием этих данных для сорбентов с низкой ЕКО, например для песчаного водоносного гори- зонта, могут быть особенно неточными.

В табл. 10.9 представлены уравнения регрессии для величины Kd и па- раметров сорбента. Уравнение регрессии для данных по Kd и ЕКО, по- казанных на рис. 10.2, представлено в табл. 10.9 под номером 1. В таблицу Т а б л и ц а 10.8 Коэффициенты корреляции (r) набора данных по Kd стронция

(табл. 10.7) для почв и пород [69]

Характеристика Kd Sr, Содержание

глины pH ЕКО Площадь

поверхности [Ca]

Kd стронция 1,00 Содержание

глины 0,82(1) 1,00

pH 0,28 0,03 1,00

ЕКО 0,84(1) 0,91(1) 0,28(1) 1,00 Площадь по-

верхности 0,00 –1,00 0,00 1,00(1) 1,00

Концентрация

Ca –0,17 0,00 –0,20 0,03 1,00

(1) Коэффициенты корреляции значимы на уровне  5% вероятности (p  0,05).

Рис. 10.2. Связь между значениями Kd стронция и ЕКО в почвах и породах [69]

включены 95%-е доверительные интервалы расчетных коэффициентов регрессии, отсечек (свободных членов) и наклонов линии регрессии. Эти коэффициенты, если их использовать для расчета Kd, предлагают для за- данной ЕКО диапазон значений Kd в пределах более одного порядка. Из- меняя доверительный интервал, можно получить более или менее консер- вативные оценки Kd [69].

Уравнения 3 и 4 из табл. 10.9 более точно представляют значения Kd

при низких ЕКО. В дальнейшем, с включением pH как второй независимой переменной прогнозирующая способность уравнения была улучшена как для полного набора данных, так и для набора данных для почв и пород с ЕКО < 15 мг-экв (100 г)–1 (уравнения 5 и 6 в табл. 10.9). Анализ множе- ственной регрессии с другими дополнительными параметрами заметно не улучшал модель (результаты не представлены).

Поскольку при изучении переноса загрязнения не всегда доступны дан- ные по ЕКО, была сделана попытка использовать для регрессионного анализа другие независимые переменные, которые обычно более доступны в моде- лях. Проведен анализ множественной регрессии с использованием содержа- ния глины и pH как независимых переменных для прогнозирования ЕКО (уравнения 7 и 8 в табл. 10.9) и Kd стронция (уравнения 9 и 10 в табл. 10.9).

Содержание глины и pH сильно коррелировали с ЕКО почвы для полного набора данных (R2 = 0,86) и для набора данных с ЕКО < 15 мг-экв (100 г)–1 (R2 = 0,57). Неудивительно, что содержание глины и pH также коррелиро- вали с величиной Kd стронция для обоих наборов данных.

Для обеспечения подбора значения Kd стронция для конкретной сис- темы почв или пород построены две поисковые таблицы. Чтобы исполь- зовать первую таблицу (табл. 10.10), необходимо знать ЕКО и pH системы.

105 104 1000

100 10 1 0,1

0,001 0,01 0,1 1 10 100 Kd стронция, мл г–1

ЕКО, мг-экв (100 г)–1

Т а б л и ц а 10.9 Результаты анализа простой и множественной регрессии, включающего Kd стронция (мл г–1),

катионообменную способность (ЕКО, мг-экв (100 г)–1), pH и содержание глины (%) [69]

95% доверительный интервал Отсечка Наклон первой

переменной

Наклон второй переменной

Уравнение N(1) Диапазон

данных(2)

min max min max min max

R2(3) F(4)

1 Kd = –272 + 126(ЕКО) 63 Весь –501 –43 105 147 0,70 1  10–17

2 Kd = 114(ЕКО) 63 Весь 95 134 0,67 2  10–16

3 Kd = 10,0 + 4,05(ЕКО) 57 ЕКО < 15 3,32 16,6 2,13 5,96 0,25 9  10–5

4 Kd = 5,85(ЕКО) 57 ЕКО < 15 4,25 7,44 0,12 7  10–3

5 Kd = –42 +14(ЕКО) + 2,33(pH) 27 Весь –176 91 11,3 18,3 –17,7 22,4 0,77 3  10–8 6 Kd = 3,53(ЕКО) + 1,67(pH) 25 ЕКО < 15 0,62 6,46 –0,50 3,85 0,34 9  10–3 7 ЕКО = –4,45 + 0,70(глина) + 0,60(pH) 27 Весь –10,6 1,67 0,59 0,82 –0,30 1,50 0,86 4  10–11 8 ЕКО = 0,40(глина) + 0,19(pH) 25 ЕКО < 15 0,24 0,56 –0,01 0,40 0,55 1  10–4 9 Kd = –108 + 10,5(глина) + 11,2(pH) 27 Весь –270 53,3 7,32 13,6 –12,5 34,9 0,67 2  10–6 10 Kd = 3,54(глина) + 1,67(pH) 25 ЕКО < 15 0,62 6,46 –0,50 3,85 0,34 9  10–3 11 Глина = 3,36 + 1,12(ЕКО) 48 Весь 2,30 4,41 0,97 1,26 0,84 1  10–19

12 Глина = 1,34(ЕКО) 48 Весь 1,16 1,51 0,69 2  10–13

(1) Число наблюдений в наборе данных.

(2) В анализ регрессии были включены все доступные наблюдения за исключением отмеченных.

(3) R2 – коэффициент детерминации.

(4) F – мера статистической значимости анализа регрессии. Приемлемый уровень значимости не стандартизован и варьирует с использова- нием данных и предметом исследования. Часто считается, что значимую связь описывает регрессия со значением F < 0,05.

Т а б л и ц а 10.10 Поисковая таблица расчетных диапазонов значений Kd стронция (мл г–1)

на основе ЕКО и pH [69]

ЕКО,

мг-экв (100 г)–1 3 3–10 10–50

pH < 5 5–8 8–10 < 5 5–8 8–10 < 5 5–8 8–10

Минимум 1 2 3 10 15 20 100 200 300

Максимум 40 60 120 150 200 300 1 500 1 600 1 700

Для применения второй таблицы (табл. 10.11) – содержание глины и pH.

Как указано выше, обе таблицы характеризуют данные по системам почв и пород (а не по чистым минеральным фазам), с низкой ионной силой (< 0,1 моль л–1), низкими концентрациями гумусового вещества (< 5 мг л–1), без органических хелатов (типа ЭДТА) и при окислительных условиях.

Обе таблицы включают по три категории каждого параметра, что дает 9 ячеек со значениями минимума и максимума величины Kd. Отбор соответствующих значений Kd для каждой ячейки проводился в два этапа.

Вначале для расчета Kd использовались соответствующие уравнения из табл. 10.9. Для двух самых низких категорий ЕКО применяли уравнение 6;

для самой высокой категории ЕКО – уравнение 5.

Вторая таблица (табл. 10.11) была подготовлена потому, что данные по содержанию глины могут оказаться более доступными в моделях, чем дан- ные по ЕКО. Содержание глины, связанное со значениями ЕКО для различ- ных категорий, было рассчитано с использованием уравнений регрессии:

уравнение 11 – для категории ЕКО от 10 до 50 мг-экв (100 г)–1, уравнение 10 – для двух более низких категорий. Результаты этих расчетов представ- лены в табл. 10.12. Необходимо отметить, что при использовании уравне- ния 11 или 12 расчетное содержание глины при ЕКО = 15 мг-экв (100 г)–1 почвы соответствует 20%.

Т а б л и ц а 10.11 Поисковая таблица расчетных диапазонов значений Kd стронция (мл г–1)

на основе содержания глины и pH [69]

Содержание

глины, % вес < 4% 4–20% 20–60%

pH < 5 5–8 8–10 < 5 5–8 8–10 < 5 5–8 8–10

Минимум 1 2 3 10 15 20 100 200 300

Максимум 40 60 120 150 200 300 1 500 1 600 1 700

Т а б л и ц а 10.12 Расчеты содержания глины с использованием уравнений регрессии,

включающих ЕКО как независимую переменную [69]

Номер уравнения

в табл. 10.9 Отсечка Наклон ЕКО,

мг-экв (100 г)–1

Содержание глины, % вес

12 1,34 3 4

12 1,34 15 20

11 3,36 1,12 15 20

11 3,36 1,12 50 59

Documentos relacionados